PSC 박스거더 가설공법

왜 배우는가: PSC 박스거더교는 장경간 교량의 대표 형식이며, 동바리를 쓰지 않는 가설공법(FCM·ILM·MSS·PSM 등)의 선택이 설계·시공 전반을 좌우한다. 기술사 시험에서는 공법의 종류, 특징, 비교를 반복적으로 묻는다. 공법명과 적용 조건을 정확히 구분해 두면 여러 교시에서 재사용할 수 있다.

출제 이력: 제132회 4교시 1번, 제126회 3교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

PSC 박스거더 가설공법은 동바리 없이 또는 최소 동바리로 PSC 박스 단면 거더를 교량 위에서 순차적으로 시공하는 방법이다.

• PSC 박스거더(Prestressed Concrete Box Girder)
• 동바리공법(Falsework Method, FSM)
• 캔틸레버공법(Free Cantilever Method, FCM)
• 연속압출공법(Incremental Launching Method, ILM)
• 이동식 비계공법(Movable Scaffolding System, MSS)
• 프리캐스트 세그먼트 공법(Precast Segmental Method, PSM)
• 긴장재(Tendon)와 포스트텐션(Post-tensioning)
• 지간 폐합(Closure)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 다리 위에서 블록을 하나씩 만들거나 조립해 이어 붙이는 방법이다. 아래에서 땅 위 동바리를 세우지 않아도 되므로 깊은 계곡, 하천, 해상, 도심 도로 위에서 쓴다.

정식 정의는 다음과 같다. PSC 박스거더 가설공법은 프리스트레스 도입 전후의 구조 안정성을 확보하면서 상부구조를 단계별로 완성하는 시공 방법의 총칭이다. 교량 형식, 지간, 교각 높이, 지형, 공기, 경제성을 함께 보고 선택한다.

동바리공법은 지면 또는 가설 구조물로 상부구조 전체를 지지하는 방법이다. 저교각 소경간 교량에 적용하며, 고교각이나 대경간에서는 비용과 안전 문제로 사용이 줄어든다.

캔틸레버공법(FCM)은 교각 양쪽에서 블록을 대칭으로 쳐 나가는 방법이다. 이동 거푸집(Form Traveller)을 쓰며, 블록마다 포스트텐션으로 긴장한 뒤 지간 중앙에서 폐합한다.

연속압출공법(ILM)은 교대 뒤 제작장에서 세그먼트를 만들고 밀어내어 교축 방향으로 이동시키는 방법이다. 가설 노즈(Launching Nose)를 앞세워 캔틸레버 응력을 줄인다.

이동식 비계공법(MSS)은 이동 가능한 강재 거더 위에 거푸집을 매달아 한 경간씩 현장타설하는 방법이다. 지지 기초 없이 경간마다 이동한다.

프리캐스트 세그먼트 공법(PSM)은 공장이나 현장 부근에서 제작한 세그먼트를 들어 올려 에폭시 접착과 포스트텐션으로 접합하는 방법이다. 공장 품질과 기계화 시공이 장점이다.

3. 등장 배경과 필요성

교량의 지간이 길어지고 교각 높이가 높아지면서 동바리를 세우는 비용과 위험이 커졌다. 특히 깊은 계곡, 수심이 깊은 하천, 해상, 교통량이 많은 도로 위에서는 지면 동바리 설치가 어렵다. 이 조건에서 동바리를 줄이는 가설공법이 발전했다.

노임 상승도 중요한 배경이다. 기계화 시공은 인력 의존을 줄이고, 표준 공정을 반복하여 시공성과 품질을 높인다. 기술사 답안에서는 이를 경제성과 품질 확보의 두 축으로 설명한다.

또한 프리스트레스 기술의 발전으로 균열을 억제하면서 장경간을 구현할 수 있게 되었다. PSC 박스거더는 단면 효율이 높고 비틀림 강성이 커서 이런 공법과 잘 맞는다. 가설 방법은 교량 형식, 지형, 지질, 교통, 주변 환경, 경제성을 함께 고려하여 결정한다.

대경간에서는 동바리 공법의 비용 부담이 커질 수 있으므로 정량 기준이 아닌 판단 근거로만 쓴다.

4. 구성요소·원리·절차

가설공법은 동바리 사용 여부와 시공 단위에 따라 나뉜다. 공법별 구성요소는 다음 표와 같다.

표의 공통 구성요소는 세그먼트 또는 블록, 프리스트레스 긴장재, 가설 장비, 접합부다. 시공 중에는 자중과 가설 장비 하중이 함께 작용하므로 단계별 응력 검토가 필요하다.

FCM은 교각 위에서 양쪽으로 대칭 시공하는 방식이다. 블록을 한 개 붙일 때마다 긴장재로 프리스트레스를 도입하여 블록 사이 압축을 확보한다. FCM은 교각 양쪽 대칭 시공으로 불균형 모멘트를 줄이는 공법이다

캔틸레버 끝의 고정단 모멘트는 다음 식으로 근사한다.

$M=\frac{wL^2}{2}$

여기서 M은 고정단 모멘트(kN·m), w는 캔틸레버 등분포하중(kN/m), L은 캔틸레버 길이(m)다. 캔틸레버가 길어질수록 모멘트는 L²에 비례해 커진다. 따라서 중앙 폐합 전에 불균형 모멘트를 임시 고정이나 긴장으로 조정한다.

위 흐름은 교량 조건에서 출발해 제작 방식을 정하고, 공법을 확정하는 순서를 보인다. 답안에는 지형과 경간 조건이 제작 방식을 정한다는 점을 먼저 쓴다.

ILM은 교대 후면 제작대에서 세그먼트를 연속으로 만들어 밀어내는 방식이다. 밀어내는 동안 선단 캔틸레버 모멘트가 커지므로 가설 노즈를 달아 처짐을 줄인다. 노즈 길이 비율은 설계 조건마다 달라 설계도서로 확인한다.

• 교대 후면 제작대에서 세그먼트를 연속 타설한다.
• 긴장재를 설치하고 프리스트레스를 도입한다.
• 잭으로 상부구조를 한 세그먼트 길이씩 밀어낸다.
• 선단에 가설 노즈를 설치하고 같은 과정을 반복한다.
• 교각 위치에 도달하면 받침과 신축장치를 설치한다.

FCM 절차는 다음과 같다.

• 교각 위에 시공 기반이 되는 0번 블록을 설치한다.
• 양쪽 캔틸레버 끝에 이동 거푸집을 설치하고 블록을 타설한다.
• 소정강도 확인 후 포스트텐션으로 긴장한다.
• 이동 거푸집을 완성 블록 쪽으로 옮겨 다음 블록을 반복한다.
• 지간 중앙에서 양측을 커플러로 연결해 폐합한다.

MSS는 이동식 지보를 경간 단위로 옮기며 현장타설하는 방식이다. PSM과 PGM은 공장 품질을 확보하지만 운반과 크레인 용량에 제약을 받는다. 접합면 밀착과 접합재 품질 확인이 핵심 관리 항목이다.

5. 관련 법령·기준·표준

교량 가설 중 구조 안전은 도로교설계기준과 콘크리트 설계기준 계열을 함께 적용한다. 설계 방법은 현행 기준의 체계를 따른다. 세부 조항 번호는 확인되지 않아 기준 이름만 쓴다.

가설 중 작업 안전은 「산업안전보건법」과 산업안전보건기준에 관한 규칙의 거푸집·동바리 관련 조항을 따른다. 가설 중 안전은 설계기준과 산업안전 기준을 함께 적용한다 「건설기술 진흥법」은 설계와 시공의 책임 체계를 정한다.

위 표의 블록 길이는 세그먼트 분할 기준이다. 경간 범위와 경간 한계는 자료마다 긴장 시기의 콘크리트 강도는 설계도서가 정하므로 답안에는 조건만 쓴다.